富鎳（Ni）正極材料使用大量鎳而不是鈷（Co），同時還能提高電池電壓，因此是開發(fā)高能量密度電池的代表性材料。然而，富鎳電池容易發(fā)生鎳浸出和性能下降；穩(wěn)定的循環(huán)需要嚴(yán)格控制電解液中的H₂O/HF含量。

圖1.?MOF-801的作用示意

清華大學(xué)何向明、徐宏等報告了利用一種新興的H₂O捕獲金屬有機框架(MOF)，實現(xiàn)了富鎳電池在含H2O電解液中的穩(wěn)定循環(huán)。

研究發(fā)現(xiàn)，MOF-801對HF（介 -88.53和-70.19 kJ mol^-1之間）和H₂O（介于-47.61和-21.43 kJ mol^-1之間）具有相對較高的吸附能，可減少電解液中的雜質(zhì)。另一方面，MOF-801能有效抑制鋰枝晶的形成并穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極。

圖2.?MOF-801@PP隔膜的制備

因此，MOF-801隔膜可使采用含有300 ppm H₂O電解液的NCM622甚至NCM811電池在0.2 C下循環(huán)200次后分別保持91.4%和81%的初始容量，這是對傳統(tǒng)電池系統(tǒng)的巨大改進(jìn)。

總體而言，該研究結(jié)果揭示了MOF-801在高能量密度電池中的關(guān)鍵作用，將激發(fā)人們對MOF在鋰電池中不可或缺的應(yīng)用的深入探討。

圖3. Li|NCM811電池的電化學(xué)性能

Water Harvesting MOF Enables Stable Cycling of Nickel-Rich Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202307746